DE2244011C3

DE2244011C3 - Voltage controlled oscillator

Info

Publication number: DE2244011C3
Application number: DE19722244011
Authority: DE
Inventors: Goetz Wolfgang Flemington N.J. Steudel (V.SLA.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1972-09-07
Publication date: 1978-01-12

Description

F i g. 5 das Schaltschema eines für die Oszillatorschaitung nach F i g. 1 geeigneten bistabilen Multivibrators.F i g. 5 the circuit diagram of one for the oscillator circuit according to FIG. 1 suitable bistable multivibrator.

Sämtliche in F i g. 1 gezeigten Transistoren sind Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (IGFETs), und zwar vorzugsweise solche mit Metall-Oxyd-Silicium-Aufbau (MOS-Transistoren) vom Anreichererungstyp (statt dessen können auch Verarmüngs-IG-FETs bei entsprechender Änderung der Spannungspolaritäten verwendet werden). Die Eingangskiemme 101 des in Fig. 1 gezeigten spannungsgesteuerten Oszillator;; ist an die Gat-jclektrode 102 eines N-Kanal-MOS-Transistors 103 angeschlossen. Die Sourceelektrode 104 des Transistors 103 ist über einen Widerstand 105 mit einem Bezugspotentialpunkv, beispielsweise Masse, verbunden. Das Substrat 106 des Transistors 103 ist mit dessen Sourceelektrode 104 verbunden.All in Fig. 1 are insulated gate field effect transistors (IGFETs), and preferably those with a metal-oxide-silicon structure (MOS transistors) of the enhancement type (instead of this, depletion IG-FETs can also be used at corresponding change in voltage polarities). The entrance gills 101 of the in Fig. 1 voltage controlled oscillator ;; is to the gate electrode 102 of an N-channel MOS transistor 103 connected. The source electrode 104 of the transistor 103 is connected via a resistor 105 to a Reference potentialpunkv, for example ground, connected. The substrate 106 of the transistor 103 is connected to its source electrode 104.

Die Drainelektrode 107 des Transistors 103 ist an den Verbindungspunkt eines Widerstands 108 und der Drainelektrode 109 eines P-Kanal-MOS-Transistors 110 angeschlossen. Der Widerstand 108 liegt mit seinem anderen Ende an Masse. Die Sourceelektrode 111 des Transistors 110 ist an eine positive Betriebsspannung Vdd angeschlossen. Das Substrat 112 des Transistors 110 ist mit dessen Sourceelektrode 111 verbunden. Die Gateelektrode 113 des Transistors 110 ist an den Verbindungspunkt der Draineiektrode 109 des Transistors 110 und der Gateelektrode 114 eines P-Kanal-MOS-Transistors 115 angeschlossen. Das Substrat 116 des Transistors 115 ist mit dessen Sourceelektrode 117 verbunden, die ihrerseits an V_M angeschlossen ist. Die Drainelektrode 118 des Transistors 115 ist mit eiern Eingang 119 einer Brückenschaltung 120 verbunden.The drain electrode 107 of the transistor 103 is connected to the connection point of a resistor 108 and the drain electrode 109 of a P-channel MOS transistor 110. The other end of the resistor 108 is connected to ground. The source electrode 111 of the transistor 110 is connected to a positive operating voltage Vdd . The substrate 112 of the transistor 110 is connected to its source electrode 111. The gate electrode 113 of the transistor 110 is connected to the connection point of the drain electrode 109 of the transistor 110 and the gate electrode 114 of a P-channel MOS transistor 115. The substrate 116 of the transistor 115 is connected to its source electrode 117, which in turn is connected to V _M. The drain electrode 118 of the transistor 115 is connected to an input 119 of a bridge circuit 120.

Die Brückenschaltung 520 enthält zwei komplementärsymmetrische Umkehr- oder Inversionsstufen 121 und 12Γ. Die Inversionsstufe 121 besteht aus einem komplementären Transistorpaar 123, 124. Der Transistor 123 ist en P-Kanal-MOS-Transistor mit Gateelektrode 125, Drainelektrode 126, Sourceelektrode 127 und Substrat 128. Der Transistor 124 ist ein N-Kanal-MOS-Transistor mit Gateelektrode 129, Drainelektrode 130, Sourceelektrode 131 und Substrat 132 Das Substrat 128 ist an Vdd angeschlossen, während das Substrat 132 an Masse liegt. Die Gateelektroden 125 und 129 sind an den Inversionsstufeneingang 133 angeschlossen, und die Drainelektroden 126 und 130 sind an den Inversionsstufenausgang 134 angeschlossen. Die Sourceelektrode 127 des Transistors 125 ist an den Eingang 119 der Brückenschaltung 120 angeschlossen, und die Sourceelektrode 131 des Transistors 124 liegt an Masse. Die Inversionsstufe 121' mit den Transistoren 123' und 124' entspricht in ihrer Arbeitsweise und in ihrem Aufbau der Inversionsstufe 121. Der Ausgang der Inversionsstufe 121 ist über einen Kondensator 135 mit dem Ausgang der Inversionsstufe 12Γ verbunden.The bridge circuit 520 contains two complementarily symmetrical reversal or inversion stages 121 and 12Γ. The inversion stage 121 consists of a complementary transistor pair 123, 124. The transistor 123 is a P-channel MOS transistor with gate electrode 125, drain electrode 126, source electrode 127 and substrate 128. The transistor 124 is an N-channel MOS transistor with Gate Electrode 129, Drain Electrode 130, Source Electrode 131 and Substrate 132 The substrate 128 is connected to Vdd , while the substrate 132 is connected to ground. The gate electrodes 125 and 129 are connected to the inversion stage input 133, and the drain electrodes 126 and 130 are connected to the inversion stage output 134. The source electrode 127 of the transistor 125 is connected to the input 119 of the bridge circuit 120, and the source electrode 131 of the transistor 124 is connected to ground. The inversion stage 121 'with the transistors 123' and 124 'corresponds in its mode of operation and in its structure to the inversion stage 121. The output of the inversion stage 121 is connected to the output of the inversion stage 12Γ via a capacitor 135.

Der Ausgang 134 der Inversionsstufe 121 ist über eine Leitung 141 mit dem ersten Eingang eines bistabilen Multivibrators 140 verbunden, und der Ausgang 134' des Inversionsgliedes 121' ist über eine Leitung 142 mit dem zweiten Eingang des bistabilen Multivibrators 140 verbunden. Ein erster Ausgang des bistabilen Multivibrators 140 ist über eine Leitung 143 mit dem Eingang 133 des Inversionsgliedes 121 verbunden, und ein zweiter, komplementärer Ausgang ist über eine Leitung 144, die außerdem an den Oszillatorausgang 156 angeschlossen ist, mit dem Eingang 133' der Inversionsstufe 12Γ verbunden. The output 134 of the inversion stage 121 is via a line 141 with the first input of a bistable Multivibrator 140 connected, and the output 134 'of the inversion member 121' is via a line 142 with the second input of the bistable multivibrator 140 connected. A first output of the bistable multivibrator 140 is connected via a line 143 to the input 133 of the inversion member 121, and a The second, complementary output is via a line 144, which is also connected to the oscillator output 156 is connected to the input 133 'of the inversion stage 12Γ.

Der erste Eingang des bistabilen Multivibrators 140 mit der Leitung 141 ist übet eine Reihenschaltung von Inversionsgliedern 146,147,148 und 149 mit dem ersten Eingang eines NOR-Gliedes 145 verbunden. Der zweite Eingang des bistabilen Multivibrators 140 ist über eine Reihenschaltung von Inversionsgliedern 151, 152, 153 und 154tnit dem einen Eingang eines UND-Gliedes 150 verbunden. Die in Reihe geschalteten Inversionsglieder bilden Verzögerungsschaltungen, wie noch erläutert wird. Der Ausgang des Inversionsgliedes 148 ist an den anderen Eingang des UND-Gliedes 150 angeschaltet,The first input of the bistable multivibrator 140 with the line 141 is a series circuit of Inversion links 146,147,148 and 149 with the first Input of a NOR gate 145 connected. The second input of the bistable multivibrator 140 is via a Series connection of inversion elements 151, 152, 153 and 154tn with one input of an AND element 150 connected. The inversion elements connected in series form delay circuits, as will be explained below will. The output of the inversion element 148 is connected to the other input of the AND element 150,

ίο und der Ausgang des UN D-Gliedes 150 ist an den ersten Eingang eines NOR-Gliedes 155 angeschaltet Der Ausgang des NOR-Gliedes 155 ist an den zweiten Eingang des NOR-Gliedes 145 sowie an die Ausgangsleitung 143 des bistabilen Multivibrators angeschlossen.ίο and the exit of the UN D link 150 is at the first The input of a NOR element 155 is switched on. The output of the NOR element 155 is connected to the second Input of the NOR element 145 and connected to the output line 143 of the bistable multivibrator.

Der Ausgang des NOR-Gliedes 145 ist an den zweiten Eingang des NOR-Gliedes 155 und an die Ausgangsleitung 144 des bistabilen Multivibrators angeschlossen.The output of the NOR gate 145 is to the second input of the NOR gate 155 and to the output line 144 of the bistable multivibrator connected.

Was die Arbeitsweise des spannungsgesteuerten Oszillators betrifft, so soll als erstes betrachtet werden, was geschieht, wenn eine Eingangsspannung an den Eingang 101 gelegt wird. Der P-Kanal-Transistor 110 arbeitet als Diode, da seine Gateelektrode 113 mit seiner Drainelektrode 109 verbunden ist. Das heißt, da die Gate-Sourcespannung gleich der Spannung an der Drainelektrode 109 ist, beginnt der Transistor 110 zu leiten, wenn die Spannung an der Drainelektrode 109 den Wen der Schwellenspannung P_1n übersteigt. Die Schwellenspannung P_1n bei einem P-Kanal-MOS-Transistor (Nth bei einem N-Kanal-Transistor) ist diejenige Mindestspannung zwischen Gate- und Sourceelektrode, bei welcher der Transistor zu leiten beginnt. Es erscheint daher an der Drainelektrode 107 des Transistors 103 eine Spannung, die gleich ist der Speiseoder Betriebsspannung Vdd minus der Diodenschwellen-As far as the operation of the voltage controlled oscillator is concerned, what happens when an input voltage is applied to input 101 should first be considered. The P-channel transistor 110 functions as a diode since its gate electrode 113 is connected to its drain electrode 109. That is, since the gate-source voltage is equal to the voltage on the drain electrode 109, the transistor 110 begins to conduct when the voltage on the drain electrode 109 exceeds the value of the threshold voltage P _1n. The threshold voltage P _1n in a P-channel MOS transistor (Nth in an N-channel transistor) is the minimum voltage between the gate and source electrodes at which the transistor begins to conduct. A voltage therefore appears at the drain electrode 107 of the transistor 103 which is equal to the supply or operating voltage Vdd minus the diode threshold

.15 spannung P_1n. .15 voltage P _1n .

Wenn die zwischen dem Eingang 101 und Masse liegende Eingangsspannung V,„ die Schwellenspannung N,h übersteigt, ist der N-Kanal-Transistor 103 leitend und gesättigt. Der Widerstand 105 ist so bemessen, daß sein Wert groß gegenüber der Source-Drainimpedanz des gesättigten Transistors 103 ist, so daß die Spannung am Widerstand 105 gleich ist der Eingangsspannung V_1n minus der Schwellenspannung N,„ des Transistors 103. Der Strom im Widerstand 105 ist somit linear von der Eingangsspannung V,„ abhängig. When the input voltage V, " between the input 101 and ground, exceeds the threshold voltage N, h , the N-channel transistor 103 is conductive and saturated. The resistor 105 is dimensioned so that its value is large compared to the source-drain impedance of the saturated transistor 103, so that the voltage at the resistor 105 is equal to the input voltage V _1n minus the threshold voltage N, "of the transistor 103. The current in the resistor 105 is therefore linearly dependent on the input voltage V, ".

Der Strom im Widerstand 105 bestimmt den Wert des Sättigungsstromes, der durch den als Diode geschalteten Transistors 110 fließt. Außerdem fließt, da die Spannung an der Drainelektrode 109 des Transistors 110 an den Wert Vdd minus der Schwellenspannung P_1n angeklammert ist, durch den Transistor 110 und den Widerstand 108 ein in Abhängigkeit vom Wert von V,„ sich ändernder konstanter Strom, entsprechend dem Wert des Widerstandes 108.The current in resistor 105 determines the value of the saturation current which flows through transistor 110, which is connected as a diode. In addition, since the voltage at the drain electrode 109 of the transistor 110 is clamped to the value Vdd minus the threshold voltage P _1n , a constant current which changes depending on the value of V flows through the transistor 110 and the resistor 108, corresponding to the value of resistance 108.

Der Transistor 115 hat die gleichen Eigenschaften, einschließlich Schwellenspannung, wie der Transistor 110. Da die Gateelektrode 114 des Transistors 115 mit dar Gateelektrode 113 des Transistors 110 verbunden ist, sind die Gate-Sourcespannungen der beiden Transistoren die gleichen. Folglich ist der Sättigungsstrom im Transistor 115 ebenfalls durch die Eingangsspannung Vi_n und den Wert des Widerstands 108 bestimmt. Wenn die Transistoren 110 und 115 gleichzeitig auf demselben integrierten Schaitungsplätt-The transistor 115 has the same properties, including threshold voltage, as the transistor 110. Since the gate electrode 114 of the transistor 115 is connected to the gate electrode 113 of the transistor 110, the gate-source voltages of the two transistors are the same. Consequently, the saturation current in transistor 115 is also determined by the input voltage Vi _n and the value of resistor 108. When transistors 110 and 115 are simultaneously on the same integrated circuit board

f>5 chen hergestellt werden, so haben sie identische Eigenschaften. Ferner können bei der Herstellung die räumlichen Abmessungen des leitenden Kanals des Transistors 115 um einen bekannten Faktor verändertIf 5 surfaces are produced, they are identical Properties. Furthermore, the spatial dimensions of the conductive channel of the Transistor 115 changed by a known factor

22 44 Ol122 44 Ol1

werden, um die Verstärkung des Transistors zu beeinflussen.to influence the gain of the transistor.

Nimmt man an, daß anfänglich die Spannung am Kondensator 135 null ist und die Ausgangsspannung des NOR-Gliedes 145 einen niedrigen oder negativen (gegenüber Masse) Wert hat, wenn die Ausgangsspannung des NOR-Gliedes 155 einen hohen oder positiven (gegenüber Masse) Weit hat, so ist die Arbeitsweise des spannungsgesteuerten Oszillators wie folgt:Assuming that initially the voltage on capacitor 135 is zero and the output voltage of the NOR gate 145 has a low or negative (to ground) value when the output voltage of the NOR gate 155 has a high or positive (compared to ground) wide, the operation of the voltage controlled oscillator as follows:

Bei am Eingang 133 der Inversionsstufe 121 liegender hoher Spannung ist der N-Kanal-Transistor 124 voll leitend, während der P-Kanal-Transistor 123 gesperrt ist. Entsprechend ist bei am Eingang 133' der Inversionsstufe 12Γ anliegender niedriger Spannung der N-Kanal-Transistor 12Γ gesperrt, während der P-Kanal-Transistor 123' voll leitet. Da der Ausgang 134 der Inversionsstufe 121 durch die Transistoren 123 und 124 auf niedriger Spannung gehalten wird, hält der Ausgang des Inversionsgliedes 149 den ersten Eingang des NOR-Gliedes 145 auf niedriger Spannung.When there is a high voltage at the input 133 of the inversion stage 121, the N-channel transistor 124 is full conductive, while the P-channel transistor 123 is blocked. Correspondingly, at input 133 'is the Inversion stage 12Γ applied low voltage of the N-channel transistor 12Γ blocked during the P-channel transistor 123 'fully conducts. Since the output 134 of the inversion stage 121 through the transistors 123 and 124 is held low, the output of the inversion member 149 holds the first input of NOR gate 145 at low voltage.

Da die Spannung am Kondensator 135 anfänglich null ist, ist auch die Ausgangsspannung des Inversionsgliedes 154 anfänglich niedrig. Bei niedriger Spannung am Ausgang des Inversionsgliedes 154 und hoher Spannung am Ausgang des Inversionsgliedes 148 ist die Spannung am Ausgang des UND-Gliedes 150 und folglich am ersten Eingang des NOR-Gliedes 155 ebenfalls anfänglich niedrig. Die über Kreuz gekoppelten NOR-Glieder 145 und 155 sind als herkömmliche bistabile Kippschaltung vom Setz-Rücksetztyp ausgelegt. Der Ausgangszustand des bistabilen Multivibrators 140 bleibt daher stabil, und zwar mit niedriger Ausgangsspannung des NOR-Gliedes 145 und hoher Ausgangsspannung des NOR-Gliedes 155.Since the voltage on capacitor 135 is initially zero, so is the output voltage of the inversion member 154 initially low. When the voltage at the output of the inversion element 154 is low and the voltage is high at the output of the inversion element 148 is the voltage at the output of the AND element 150 and consequently at first input of NOR gate 155 also initially low. The cross-coupled NOR elements 145 and 155 are designed as a conventional set-reset type flip-flop. The initial state of the bistable multivibrator 140 therefore remains stable, with a low output voltage of the NOR gate 145 and high output voltage of NOR gate 155.

Um die weitere Beschreibung der Arbeitsweise des spannungsgesteuerten Oszillators nach Fig. 1 zu erleichtern, wird Bezug genommen auf F i g. 2a - 2d, wo Spannungsverläufe gezeigt sind, die an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 1 erscheinen. Der Spannungsverlauf nach F i g. 2a gibt die am Eingang der Brückenschaltung 120 erscheinende Spannung wieder. Dieser Spannungsverlauf ist in F i g. 2a mit 119 bezeichnet, da er in der Eingangsleitung 119 in Fig. 1 erscheint.To the further description of the operation of the voltage controlled oscillator of FIG facilitate reference is made to FIG. 2a-2d, where voltage curves are shown, which are at different Places of the circuit according to FIG. 1 appear. The stress curve according to FIG. 2a gives the at the entrance of the Voltage appearing again in bridge circuit 120. This voltage curve is shown in FIG. 2a with 119 as it appears on input line 119 in FIG.

Der Spannungsverlauf nach Fig. 2b ist mit 134' bezeichnet, da er am Inversionsstufenausgang 134' erscheint. Der Spannungsverlauf nach Fig. 2c ist mit 134 bezeichnet, da er am Inversionsstufenausgang 134 erscheint. Der mit VCO bezeichnete Spannungsverlauf nach F i g. 2d stellt die am Ausgang 156 erscheinende Ausgangsspannung des spannungsgesteuerten Oszillators dar.The voltage curve according to FIG. 2b is denoted by 134 ', since it appears at the inversion stage output 134'. The voltage curve according to FIG. 2c is denoted by 134, since it appears at the inversion stage output 134. The voltage curve denoted by VCO according to FIG. 2d shows the output voltage of the voltage-controlled oscillator appearing at output 156.

Der (für einen gegebenen Wert von V_1n) konstante Strom vom Transistor 115 lädt den Kondensator 135 über die Transistoren 123' und 124 linear auf, bis die ansteigende Spannung am Ausgang 134' der Inversionsstufe 12Γ die Schwellenspannung des Inversionsgliedes 151 erreicht Wenn die Schwellenspannung, die typischerweise VW2 beträgt, erreicht ist, wird die Ausgangsspannung des Inversionsgliedes 154 hoch.The constant current (for a given value of V _1n ) from transistor 115 charges capacitor 135 linearly via transistors 123 'and 124 until the increasing voltage at output 134' of inversion stage 12Γ reaches the threshold voltage of inversion element 151. which is typically VW2 is reached, the output voltage of the inversion element 154 becomes high.

Bei hoher Spannung an den Ausgängen der Inversionsglieder 148 und 154 wird die Ausgangsspannung des UND-Gliedes 150 hoch. Die bistabile Kippschaltung mit den NOR-Gliedern 145 und 155 kippt dann um, indem die Ausgangsspannung des NOR-Gliedes 145 hoch und die Ausgangsspannung des NOR-Gliedes 155 niedrig wird. Dadurch werden die Transistoren 124 und 123' gesperrt und die TransistorenWhen the voltage at the outputs of the inversion elements 148 and 154 is high, the output voltage becomes of the AND gate 150 high. The bistable multivibrator with NOR gates 145 and 155 then flips over by the output voltage of the NOR gate 145 high and the output voltage of the NOR gate 155 goes low. This blocks transistors 124 and 123 'and the transistors

123 und 124' geöffnet. Der Kondensator 135, der auf di Schwellenspannung VW2 des Inversionsgliedes 15 aufgeladen worden ist, schaltet dann auf Massepotentia am Ausgang 134' der Inversionsstufe 12Γ herunter. Di123 and 124 'open. The capacitor 135, which acts on the threshold voltage VW2 of the inversion element 15 Has been charged, then switches down to mass potential at the output 134 'of the inversion stage 12Γ. Tuesday

s die Spannung am Kondensator sich nicht augenblicklicl ändern kann, nimmt die Spannung am Ausgang 134 de Inversionsstufe 121 einen negativen Wert gleich - V,iJ\ an.If the voltage at the capacitor cannot change instantaneously, the voltage at the output 134 of the inversion stage 121 assumes a negative value equal to −V, iJ \ .

Jedoch wirkt der Drain-Substratübergang desTransiHowever, the drain-substrate junction of the Transi works

ίο stors 124 als durchlaßgespannte Diode für die negativ< Spannung am Ausgang 134. Eine solche Diode ist eir eigentümliches Konstruktionsmerkmal von Halbleiter bauelementen wie MOS-Transistoren, bei denen eil Gebiet aus Material gegebenen Leitungstyps in eir Substratmaterial des entgegengesetzten Leitungstyp eindiffundiert ist. Der Kondensator 135 wird daher übe die Ürain-Substratdiode des Transistors 124 sehr raset auf Massepotential entladen. Aufgrund des niederohmi gen Entladungsweges ergibt sich eine vernachlässigba kurze Entladezeit, verglichen mit der linearen Ladezei des Kondensators 135. Die Entladung dauert an, bis di Spannung am Kondensator 135 gleich -0,7 Volt ist, zi welchem Zeitpunkt die Drain-Substratdiode des Transi stors 124 gesperrt wird. Der Konstantstrom von Transistor 115 lädt dann den Kondensator 135 über di Transistoren 123 und 124' linear auf, bis die ansteigend!ίο stors 124 as a forward-biased diode for the negative < Voltage at output 134. Such a diode is a peculiar design feature of semiconductors components such as MOS transistors, in which an area made of material of a given conductivity type is in a Substrate material of the opposite conductivity type is diffused. The capacitor 135 is therefore exercised the Ürain substrate diode of transistor 124 is very fast discharged to ground potential. Due to the low-resistance discharge path, there is a negligible value short discharge time compared to the linear charging time of capacitor 135. The discharge continues until di Voltage across capacitor 135 is equal to -0.7 volts, at what point in time the drain-substrate diode of the transi stors 124 is blocked. The constant current from transistor 115 then charges capacitor 135 through di Transistors 123 and 124 'linearly until the increasing!

Spannung am Ausgang 134 der Inversionsstufe 121 di< Schwellenspannung des Inversionsgliedes 146 erreicht.Voltage at the output 134 of the inversion stage 121 di < The threshold voltage of the inversion member 146 is reached.

Bei Erreichen der Schwellenspannung wird di< Ausgangsspannung des Inversionsgliedes 149 hoch. Di< bistabile Kippschaltung mit den NOR-Gliedern 145 un< 155 kippt dann um, indem die Ausgangsspannung de NOR-Gliedes 145 niedrig und die Ausgangsspannunj des NOR-Gliedes 155 hoch wird. Dadurch werden di<When the threshold voltage is reached, di <output voltage of the inversion element 149 becomes high. Tue < bistable multivibrator with the NOR gates 145 un <155 then flips over by the output voltage de NOR gate 145 low and the output voltage of NOR gate 155 goes high. This makes di <

vs Transistoren 123 und 124' gesperrt und die Transistoreivs transistors 123 and 124 'blocked and the transistor i

124 und 123' leitend. Die dann am Ausgang 134 erscheinende negative Spannung macht die Drain-Sub stratdiode des Transistors 124' leitend, so daß de Kondensator 135 entladen wird. Die Entladung dauer an. bis die Spannung am Kondensator 135 gleich -OJ Volt ist, woraufhin der gesamte Zyklus sich wiederholt.124 and 123 'conductive. The negative voltage then appearing at output 134 makes the drain sub Stratdiode of the transistor 124 'conductive, so that de capacitor 135 is discharged. The discharge lasts on. until the voltage on capacitor 135 equals -OJ volts, at which point the entire cycle repeats.

Die Spannung an der Draineleklrode 118 de;The voltage at the drain electrode 118 de;

Transistors 115 ist gleich der Differenz zwischen dei Betriebsspannung V_dd und der Spannung am Kondensa tor 135. Da der Strom vom Transistor 115 dei Kondensator 135 auf eine die SchwellenspannunjTransistor 115 is equal to the difference between the operating voltage V _dd and the voltage at capacitor 135. Since the current from transistor 115 of capacitor 135 to a threshold voltage

~- nicht übersteigende Spannung auflädt, arbeitet de ~ - does not charge excessive voltage, works de

Transistor 115 mit einer minimalen Drain-Sourcespan nung vonTransistor 115 with a minimum drain-source voltage of

Der Transistor 115 arbeitet somit ständig in Sättigunj und wirkt daher als Konstantstromquelle.The transistor 115 thus operates continuously in saturation and therefore acts as a constant current source.

Die Ausgangsspannung des spannungsgesteuertei Oszillators wird vom Ausgang 156 abgenommen. Dii bistabile Kippschaltung mit den NOR-Gliedern 145 um 155 ändert ihren Zustand jedesmal, wenn der Kondensa tor 135 auf die Schwellenspannung des Inversionsglie des 146 oder des Inversionsgliedes 151 aufgeladen ist, s< daß an beiden Ausgängen der bistabilen Kippschaltunj 140 eine Rechteckschwingung erscheint Da dieselbi Konstantstromquelle den Kondensator 135 in beidei Richtungen auflädt, ist daher die Ausgangsschwingunj eine symmetrische Rechteckschwingung.The output voltage of the voltage controlled oscillator is taken from output 156. Dii bistable multivibrator with the NOR gates 145 at 155 changes its state every time the condensate gate 135 is charged to the threshold voltage of the inversion member 146 or the inversion member 151, s < that a square wave appears at both outputs of the bistable Kippschaltunj 140 Da dieselbi Constant current source charges the capacitor 135 in both directions, is therefore the output oscillation a symmetrical square wave.

22 44 Ol 122 44 Ol 1

Die Reihenschaltungen der Inversionsglieder 146, 147, 148, 149 und der Inversionsglieder 151, 152, 153, 154 arbeiten als Verzögerungsglieder. Aus Fig. 1 sieht man, daß die bistabile Kippschaltung 140 umkippt, sobald die Spannung auf der einen oder der anderen Seite des Kondensators 135 den Wert der Schwellen-The series connections of the inversion elements 146, 147, 148, 149 and the inversion elements 151, 152, 153, 154 work as delay elements. From Fig. 1 it can be seen that the bistable flip-flop 140 flips over as soon as the voltage on one side or the other of the capacitor 135 exceeds the value of the threshold

spannung J^ä erreicht. Es ist ferner offensichtlich, daßvoltage J ^ä reached. It is also evident that

die gleiche Schwellenspannung in dem Augenblick, wo der bistabile Multivibrator 140 umkippt, auf niedrig gezogen wird. Jedoch braucht der bistabile Multivibrator 140 eine endliche Zeitspanne, um nach Auftreten eines Eingangssignals einen stabilen Zustand zu erreichen. Damit daher der bistabile Multivibrator 140 genügend Zeit hat, um vor dem Verschwinden der Schwellenspannung i* vollständig umzukippen, werden erfindungsgemäß die Eingangssignale um die Laufzeiten der Reihenschaltungen der Inversionsglieder 146, 147, 148, 149 und der Inversionsglieder 151, 152, 153,154 verzögert.the same threshold voltage is pulled low the moment the bistable multivibrator 140 tips over. However, the bistable multivibrator 140 needs a finite period of time to reach a stable state after the occurrence of an input signal. So that the bistable multivibrator 140 has enough time to completely tip over before the threshold voltage i * disappears, according to the invention the input signals are delayed by the running times of the series connections of the inversion elements 146, 147, 148, 149 and the inversion elements 151, 152, 153, 154.

Unter normalen Betriebsbedingungen wird die eine Seite des Kondensators 135 auf Massepotential gehalten, während die andere Seite auf die Schwellenspannung aufgeladen wird. Wenn eine (gegenüber Masse) positive Spannung, die gleich oder größer ist als die Schwellenspannung, gleichzeitig an beiden Seiten des Kondensators 135 liegt (beispielsweise während des anfänglichen Einschaltens bei erstmaliger Einspeisung von Energie in die Schaltung oder bei einem zufälligen Anschluß an VdJ), werden die Eingangsspannungen der bistabilen Kippschaltung 140 hoch gehalten und die Spannungen an beiden Ausgängen auf niedrig gedrückt. Unter diesen Voraussetzungen werden die Transistoren 123 und 123' leitend und halten beide Seiten des Kondensators 35 auf hoher Spannung, so daß der spannungsgesteuerte Oszillator aufhört zu schwingen.Under normal operating conditions, one side of the capacitor 135 is held at ground potential while the other side is charged to the threshold voltage. If a positive voltage (to ground) equal to or greater than the threshold voltage is present on both sides of the capacitor 135 at the same time (e.g. during initial power-up when power is first injected into the circuit or when it is accidentally connected to VdJ), the input voltages of the flip-flop 140 held high and the voltages at both outputs pushed low. Under these conditions, the transistors 123 and 123 'become conductive and hold both sides of the capacitor 35 at a high voltage, so that the voltage-controlled oscillator stops oscillating.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung verhindert jedoch das UND-Glied 150 ein solches Verriegeln oder Blockieren und stellt den normalen Betriebszustand wieder her. Es ergibt sich, daß immer dann, wenn die Ausgangsspannung des Inversionsgliedes 149 hoch ist, die Ausgangsspannung des Inversionsgliedes 148 niedrig sein muß. Da der Ausgang des Inversionsgliedes 148 auf den zweiten Eingang des UND-Gliedes 150 geschaltet ist, wird die Ausgangsspannung des UND-Gliedes 150 auch dann niedrig, wenn die Spannung am ersten Eingang hoch bleibt. Die niedrige Ausgangsspannung des UND-Gliedes 150 bewirkt, daß die Ausgangsspannung des NOR-Gliedes 155 hoch wird, so daß der Transistor 124 leitend wird, während der Transistor 124 sperrt Auf diese Weise werden die normalen Betriebsbedingungen wiederhergestellt, und der spannungsgesteuerte Oszillator beginnt zu schwingen.In the circuit according to the invention, however, the AND element 150 prevents such a locking or blocking and restores the normal operating state. It follows that whenever the output voltage of the inversion member 149 is high, the output voltage of the inversion member 148 must be low. Since the output of the inversion element 148 is connected to the second input of the AND element 150 , the output voltage of the AND element 150 is also low when the voltage at the first input remains high. The low output voltage of AND gate 150 causes the output voltage of NOR gate 155 to go high, so that transistor 124 becomes conductive while transistor 124 blocks. In this way, normal operating conditions are restored and the voltage controlled oscillator begins to oscillate .

Eine Analyse der spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung nach F i g. 1 ergibt die folgende Gleichung für die Arbeiisfrequenz. Der durch den Widerstand 105 fließende Strom beträgt:An analysis of the voltage controlled oscillator circuit of FIG. 1 gives the following equation for the working frequency. The current flowing through resistor 105 is:

- N,„)- N, ")

Der durch den Widerstand 108 fließende Strom beträgt:The current flowing through resistor 108 is:

Folglich beträgt der Gesamtstrom durch den Transistor 110 und damit durch den Transistor 115: As a result, the total current through transistor 110 and thus through transistor 115 is:

'; — 'tos + Ίο» ·'; - 'tos + Ίο »·

Während jeder Schwingungshalbperiode wird der Kondensator 135 vonDuring each oscillation half cycle, the capacitor 135 of

-0.7VoIt auf +-0.7VoIt to +

aufgeladen. Der Strom im Kondensator 135 beträgt:charged. The current in capacitor 135 is:

drdr

und da der Strom /Y, bei einem beliebigen gegebenen Wert von V_1n, konstant ist:and since the current / Y, for any given value of V _1n , is constant:

i_r = C₁ i _r = C ₁

135135

Für eine vollständige Schwingungsperiode Tist:For a complete period of oscillation Tist:

K = T (7)K = T (7)

undand

IK= 2 (~|" +0.7^= V_dd + 1,4. (8)
Somit ergibt sich:IK = 2 (~ | "+ 0.7 ^ = V _dd + 1.4. (8)
This results in:

T=T =

IA).IA).

Daraus läßt sich die Arbeitsfrequenz mit Hilfe der GleichungFrom this the working frequency can be calculated with the help of the equation

^/""- ⁼ T ⁼ Γ,ΤϊΤ^+Τϊ) ⁽¹⁰⁾ ^/ "" - ⁼ T ⁼ Γ, ΤϊΤ ^ + Τϊ) ⁽¹⁰⁾

errechnen. Durch Einsetzen der Gleichung (3) in Gleichung (10) ergibt sich:calculate. Substituting equation (3) into equation (10) gives:

./ »At./ »At

Durch Zerlegen der konstanten Ausdrücke der Gleichung(l 1) in Faktoren erhält man:Factoring the constant expressions of equation (l 1) gives:

/«,= K₁ (I,»- N₁₁₁) + K₂. / ", = K ₁ (I," - N ₁₁₁ ) + K ₂ .

worin K\ und K₂ die den Arbeitsbereich bestimmenden Parameter darstellen.where K 1 and K ₂ represent the parameters that determine the working range.

Wie man sieht, ist der Arbeitsfrequenzbereich durch die Werte des Kondensators 135, des Widerstands 105 und des Widerstands 108 bestimmt und wird die Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators durch Verändern der Eingangsspannung Vj_n gesteuert. Aus Gleichung (12) ergibt sich, daß die Schwingungsfrequenz des erfindungsgemäßen spannungsgesteuerten Oszillators über den gesamten Arbeitsbereich linear von der Eingangsspannung V_1n abhängtAs can be seen, the operating frequency range is determined by the values of the capacitor 135, the resistor 105 and the resistor 108 and the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator is controlled by changing the input voltage Vj _n . From equation (12) it follows that the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator according to the invention depends linearly on the input voltage V _{1n over the entire working range}

Fig.3 und 4 zeigen die Frequenz/Spannungscharakteristiken des spannungsgesteuerten Oszillators nach Fig. 1. Und zwar zeigt Fig.3 die Ausgangsfre-Figures 3 and 4 show the frequency / voltage characteristics of the voltage-controlled oscillator according to Fig. 1. Specifically, Fig.3 shows the output frequency

22 44 Ol 122 44 Ol 1

ίοίο

quenz über den Bereich der Eingangsspannung V_1n bei aus der Schaltung entferntem Widerstand 108 nach Fig. 1, während Fig.4 die Charakteristik für den Fall zeigt, daß der Widerstand 108 einen endlichen Wert hat. Die maximale Arbeitsfrequenz /)„.,,, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt, ergibt sich bei V,/> = Vjj. Wie man sieht, ergibt der Widerstand 108 eine anfängliche Ausgangsfrequenz bei Kn = O und begrenzt somit den Anstiegsteil der Charakteristik. Man kann also durch Einstellen des Wertes des Widerstands 108 die Ausgangsfrequenz auf einen gewünschten Bereich beschränken.sequence over the range of the input voltage V _1n with the resistor 108 removed from the circuit according to FIG. 1, while FIG. 4 shows the characteristic for the case that the resistor 108 has a finite value. The maximum working frequency /) ".", As in FIG. 3 and 4, when V, /> = Vjj. As can be seen, resistor 108 gives an initial output frequency at Kn = 0 and thus limits the slope part of the characteristic. Thus, by adjusting the value of resistor 108, one can limit the output frequency to a desired range.

F i g. 5 zeigt das Schaltschema einer für den bistabilen Multivibrator 140 nach Fig. 1 geeigneten Anordnung, wobei gleiche Teile in Fig. 1 und 5 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Sämtliche Transistoren in Fig. 5 sind vom Anreicherungs-MOS-FET-Typ. Das Inversionsglied 146 besteht aus einem P-Kanal-Transistor 201 und einem dazu komplementären N-Kanal-Transistor 202. Die Gateelektroden der Transistoren 201 und 202 sind an den Inversionsgliedeingang angeschlossen, während die beiden Drainelektroden an den Inversionsgliedausgang angeschlossen sind. Die Sourceelektrode und das Substrat des Transistors 201 sind an eine positive Speise- oder Betriebsspannung Vm angeschlossen, während die Sourceelektrode und das Substrat des Transistors 202 an Masse liegen.F i g. 5 shows the circuit diagram of an arrangement suitable for the bistable multivibrator 140 according to FIG. 1, the same parts in FIGS. 1 and 5 being denoted by the same reference numerals. All of the transistors in Fig. 5 are of the enhancement type MOS-FET. The inversion element 146 consists of a P-channel transistor 201 and a complementary N-channel transistor 202. The gate electrodes of the transistors 201 and 202 are connected to the inversion element input, while the two drain electrodes are connected to the inversion element output. The source electrode and the substrate of the transistor 201 are connected to a positive supply or operating voltage Vm , while the source electrode and the substrate of the transistor 202 are connected to ground.

Wenn die Spannung am Eingang 141 über derIf the voltage at input 141 is above the

Schwellenspannung ,- ist, ist der Transistor 202 starkThreshold voltage, -, transistor 202 is strong

leitend und somit niederohmig, während der Transistor 201, abgesehen von der kleinen Gate-Sourcespannung, gesperrt und somit hochohmig ist. Der Ausgang des Inversionsgliedes 146 führt daher eire niedrige Spannung, indem er über den Transistor 202 an Masse liegt. Wenn die Eingangsspannung unter der Schwellenspan-conductive and thus low resistance, while the transistor 201, apart from the small gate-source voltage, is blocked and thus has a high resistance. The outcome of the Inversion element 146 therefore carries a low voltage in that it is connected to ground via transistor 202. If the input voltage is below the threshold voltage

nung y ist, ist der Transistor 201 leitend und dervoltage is y , the transistor 201 is conductive and the

Transistor 202 gesperrt. In diesem Fall führt der Ausgang des Inversionsgliedes 146 eine hohe Spannung, indem er über den leitenden Transistor 201 an Vm liegt.Transistor 202 blocked. In this case, the output of the inversion element 146 carries a high voltage in that it is connected to Vm via the conductive transistor 201.

Die Inversionsglieder 147,148,149, 151,152,153 und 154 entsprechen in ihrer Wirkungsweise und in ihrem Aufbau dem Inversionsglied 146.The inversion members 147,148,149, 151,152,153 and 154 correspond in their mode of operation and in their structure to the inversion member 146.

Der erste Eingang A des NOR-Gliedes 145 ist an den Verbindungspunkt der Gateelektrode eines P-Kanal-Transistors 203 und der Gateelektrode eines N-Kanal-Transistors 204 angeschlossen. Die Sourceelektrode und das Substrat des Transistors 203 sind an V_di/ angeschlossen, während die Sourceelektrode und das Substrat des Transistors 204 an Masse liegen. Die Drainelektrode des Transistors 204 ist an den Verbindungspunkt der Drainelektrode eines P-Kanal-Transistors 205, der Drainelektrode eines N-Kanal-Transistors 206 und des Ausgangs des NOR-Gliedes 145 angeschlossen, während die Drainelektrode des Transistors 203 mit der Sourceelektrode des Transistors 205 verbunden ist. Das Substrat des Transistors 205 ist zusammen mit dem Substrat des Transistors 203 an V_Dy angeschlossen, während die Sourceelektrode und das Substrat des Transistors 206 an Masse liegen. Die Gateelektroden der Transistoren 205 und 206 sind an den Eingang ßdes NOR-Gliedes 145 angeschlossen.The first input A of the NOR element 145 is connected to the connection point of the gate electrode of a P-channel transistor 203 and the gate electrode of an N-channel transistor 204. The source and substrate of transistor 203 are connected to V _{di /} , while the source and substrate of transistor 204 are connected to ground. The drain electrode of the transistor 204 is connected to the junction of the drain electrode of a P-channel transistor 205, the drain electrode of an N-channel transistor 206 and the output of the NOR gate 145, while the drain electrode of the transistor 203 is connected to the source electrode of the transistor 205 connected is. The substrate of transistor 205 is connected to V _D y together with the substrate of transistor 203, while the source electrode and the substrate of transistor 206 are connected to ground. The gate electrodes of the transistors 205 and 206 are connected to the input β of the NOR gate 145.

Wenn beide Eingänge A und Ädes NOR-Gliedes 145 hohe Spannung führen, sind die Transistoren 203 und 205 leitend, dagegen die Transistoren 204 und 206 gesperrt. Die Ausgangsspannung des NOR-Gliedes 145 ist daher hoch. Jede andere Kombination von Eingangsspannungen des NOR-Gliedes 145 hat zur Folge, daß dessen Ausgangsspannung niedrig wird. Der Ausgangszustand für jede der möglichen Eingangskombinationen ist in der nachstehenden Funktionstabelle, gemäß Tabelle 1 angegeben. Der Wahrheitswert einer logischen »1« stellt eine gegenüber Masse positive Spannung dar, im vorliegenden Fall als »hoch« bezeichnet. Ein logischer »0«-Wert stellt eine Spannung dar, die Massepotential entspricht oder »niedrig« ist.When both inputs A and A of the NOR gate 145 carry high voltage, the transistors 203 and 205 are conductive, whereas the transistors 204 and 206 are blocked. The output voltage of the NOR gate 145 is therefore high. Any other combination of input voltages of the NOR gate 145 has the consequence that its output voltage is low. The output status for each of the possible input combinations is given in the function table below, in accordance with Table 1. The truth value of a logical "1" represents a positive voltage with respect to ground, in the present case referred to as "high". A logical "0" value represents a voltage that corresponds to ground potential or is "low".

Table 1

Eingang A Entrance a Eingang B Entrance B. Ausgangexit 00 00 11 00 11 00 11 00 00 11 11 00

1st der Ausgang eines herkömmlichen UND-Gliedes mit zwei Eingängen an den Eingang A des NOR-Gliedes 145 angeschlossen, so sind die Ausgangszustände des NOR-Gliedes 145 für jede mögliche Kombination von Eingangsgrößen entsprechend der nachstehenden Tabelle 2, wobei von den Eingängen des UND-Gliedes der erste mit A 'und der zweite mit Λ "bezeichnet sind.If the output of a conventional AND element with two inputs is connected to the input A of the NOR element 145, the output states of the NOR element 145 are for every possible combination of input variables according to the following table 2, whereby the inputs of the AND element Member of the first with A 'and the second with Λ "are designated.

Table 2

Eingang A' Entrance A ' Eingang A" Entrance A " Eingang C Entrance C Ausgangexit 00 00 00 11 00 00 11 00 00 11 00 11 00 11 11 00 11 00 00 11 11 00 11 00 11 11 00 00 11 11 11 00

Der erste Eingang C des kombinierten UND/NOR-Gliedes 155' ist an den Verbindungspunkt der Gateelektrode eines P-Kanal-Transistors 207 und der Gateelektrode eines N-Kanal-Transistors 208 angeschlossen. Die Sourceelektrode und das Substrat des Transistors 208 liegen an Masse, während die Sourceelektrode und das Substrat des Transistors 207 an V^ angeschlossen sind. Die Drainelektrode des Transistors 207 ist an den Verbindungspunkt der Drainelektrode eines P-Kanal-Transistors 203' und der Sourceelektrode eines P-Kanal-Transistors 205' angeschlossen. Die Abflußelektrode des Transistors 208 ist mit der Sourceelektrode eines N-Kanal-Transistors 204' verbunden, dessen Drainelektrode an den Verbindungspunkt der Drainelektrode des Transistors 205', der Drainelektrode eines N-Kanal-Transistors 206' und des Ausgangs des UND/NOR-Gliedes 155' angeschlossen ist und dessen Substrat an Masse liegtThe first input C of the combined AND / NOR gate 155 'is at the junction of the gate electrode of a P-channel transistor 207 and the Gate electrode of an N-channel transistor 208 connected. The source electrode and the substrate of the The transistor 208 is connected to ground, while the source electrode and the substrate of the transistor 207 are connected to V ^ are connected. The drain electrode of the transistor 207 is at the connection point of the drain electrode a P-channel transistor 203 'and the source electrode of a P-channel transistor 205 'connected. The drain electrode of transistor 208 is connected to the Source electrode of an N-channel transistor 204 ', whose drain electrode is connected to the connection point of the drain electrode of transistor 205', the Drain electrode of an N-channel transistor 206 'and the output of the AND / NOR gate 155' connected and whose substrate is grounded

Die Sourceelektrode und das Substrat des Transistors 206' liegen an Masse, während die Sourceelektrode und das Substrat des Transistors 203' zusammen mit dem Substrat des Transistors 205' an Vdd angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt der Gateelektroden der Transistoren 203' und 204' ist an den zweiten Eingang D des UND/NOR-Gliedes 155' angeschlossen. Der Eingang E ist an den Verbindungspunkt der Gateelektroden der Transistoren 205' und 206' angeschlossen.The source and substrate of transistor 206 'are connected to ground, while the source and substrate of transistor 203' are connected to Vdd together with the substrate of transistor 205 '. The connection point of the gate electrodes of the transistors 203 'and 204' is connected to the second input D of the AND / NOR gate 155 '. The input E is connected to the connection point of the gate electrodes of the transistors 205 'and 206'.

Bei an den Eingängen C D und E anliegender niedriger Spannung sind die P-Kanal-Transistoren 207,When the voltage at the inputs C D and E is low, the P-channel transistors 207,

22 44 Ol 122 44 Ol 1

203' und 205' leitend, dagegen die N-Kanal-Transistoren 208, 204' und 206' gesperrt. Somit wird die Ausgangsspannung des UND/NOR-Gliedes 155' über die leitenden Transistoren auf hoch geschaltet. Bei an den Eingängen C Dund fanliegender hoher Spannung sind die Transistoren 207, 203' und 205' gesperrt, dagegen die Transistoren 208, 204' und 206' leitend. In diesem Fall wird die Ausgangsspannung des UND/NOR-Gliedes 155' über die leitenden Transistoren auf niedrig geschaltet. Die Ausgangszuständc des UND/NOR-Gliedes 155' für jede mögliche Eingangskombination sind in der nachstehenden Funktionstabelle gemäß Tabelle 3 wiedergegeben.203 'and 205' conductive, on the other hand the N-channel transistors 208, 204 'and 206' blocked. Thus, the output voltage of the AND / NOR gate 155 'via the conductive transistors switched to high. If there is a high voltage at the inputs C Dund the transistors 207, 203 'and 205' blocked, on the other hand the transistors 208, 204 'and 206' conductive. In this In this case, the output voltage of the AND / NOR gate 155 'becomes low via the conductive transistors switched. The output states of the AND / NOR gate 155 'for each possible input combination are given in the following function table according to Table 3 reproduced.

Tabelle 3Table 3 Eingang D Entrance D Eingang E Entrance E. AusgaiExit Eingang CEntrance C 00 00 11 00 00 11 00 00 11 00 11 00 11 11 00 00 00 00 11 11 00 11 00 11 11 00 00 11 11 11 00 11

Wie man sieht, stimmt Tabelle 3 mit Tabelle 2 überein. Die Funktion des UND/NOR-Gliedes 155' ist daher identisch mit der eines herkömmlichen NOR-Gliedes mit zwei Eingängen, deren einem ein herkömmliches UND-Glied mit zwei Eingängen vorgeschaltet ist. Man sieht ferner, daß die Ausgangsspannung des UND/ NOR-Gliedes 155' immer dann hoch ist, wenn die Eingangsspannungen Dund £ niedrig sind. Wenn daher das UN D/NOR-Glied 155' und das NOR-Glied 145 nach Art einer Setz-Rücksetz-Flipflopschaltung über Kreuz gekoppelt sind, wie in F i g. 5 gezeigt wird durch Anlegen einer hohen Spannung an die Eingänge A und Cdie Ausgangsspannung des UND/NOR-Gliedes 155' hoch.As you can see, Table 3 corresponds to Table 2. The function of the AND / NOR element 155 'is therefore identical to that of a conventional NOR element with two inputs, one of which is preceded by a conventional AND element with two inputs. It can also be seen that the output voltage of the AND / NOR gate 155 'is always high when the input voltages D and £ are low. If, therefore, the UN D / NOR gate 155 'and the NOR gate 145 are cross-coupled in the manner of a set-reset flip-flop circuit, as shown in FIG. 5, by applying a high voltage to inputs A and C, the output voltage of AND / NOR gate 155 'is shown high.

Bei einer herkömmlichen bistabilen Kippschaltung ohne die UN D-Schaltfunktion würden die Ausgänge der über Kreuz gekoppelten NOR-Glieder auf niedrig gedrückt werden. In diesem Fall würde die Schaltung nach F i g. 1 blockieren und der spannungsgesteuerte Oszillator folglich zu schwingen aufhören.With a conventional bistable multivibrator without the UN D switching function, the outputs of the Cross-coupled NOR elements are pushed to low. In this case the circuit would according to FIG. 1 block and the voltage controlled oscillator consequently stops oscillating.

Beim erfindungsgemäßen spannungsgesteuerten Oszillator werden ein niedriger Leistungsverbrauch und ein hoher Eingangswiderstand durch die Verwendung von komplementären MOS-FF.T-Halbleiterbauelementen erzielt. Wie gezeigt wurde, sind während des s Ruheintervalls zwischen den Schaltzuständen oder -vorgängen die Transistoren jeder Inversionsstufe und des bistabilen Multivibrators entweder voll leitend oder gesperrt. Die Stromentnahme dieser Stufen ist daher auf den Reststrom oder Kriechstrom der gesperrtenIn the voltage controlled oscillator according to the invention, a low power consumption and a high input resistance through the use of complementary MOS-FF.T semiconductor components achieved. As has been shown, during the s idle interval between the switching states or processes the transistors of each inversion stage and the bistable multivibrator either fully conductive or locked. The current consumption of these stages is therefore due to the residual current or leakage current of the blocked

ίο Transistoren beschränkt.ίο transistors limited.

Da die Widerstände (105 und 108) der Konstantstromquelle typischerweise einen großen Wert haben (in der Größenordnung von 0,5 χ 10⁶ Ohm), ist der Kondensatorladestrom sehr niedrig. Der Gesamtleistungsverbrauch ist daher durch den Reststrom, die Stromentnahme während der kurzen Schaltübergänge und den für die Aufladung des Kondensators erforderlichen Strom gegeben.Since the resistors (105 and 108) of the constant current source typically have a large value (on the order of 0.5 χ 10 ⁶ ohms), the capacitor charging current is very low. The total power consumption is therefore given by the residual current, the current drawn during the short switching transitions and the current required to charge the capacitor.

In der Praxis beträgt bei Verwendung einer Betriebsspannung von 10 Volt die Gesamtstromentnahme des spannungsgesteuerten Oszillators erheblich weniger als 1 mA. Da ferner der Eingangswiderstand eines MOS-Transistors extrem hoch ist (in der Größenordnung von 10" Ohm), hat der erfindungsgemäße spannungsgesteuerte Oszillator ebenfalls einen hohen Eingangswiderstand (EingangsimpedanzlIn practice, when using an operating voltage of 10 volts, the total current draw is of the voltage controlled oscillator is considerably less than 1 mA. There is also the input resistance of a MOS transistor is extremely high (on the order of 10 "ohms), the inventive voltage-controlled oscillator also has a high input resistance (input impedance)

Statt mit komplementären MOS-FET-Halbleiterbauelementen kann die erfindungsgemäße Schaltung auch mit anderen Arten von Halbleiterbauelementen wie Isolierschicht-Transistoren, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (mit eindiffundiertem PN-Übergang) und sogar mit Bipolartransistoren aufgebaut werden. Vorzugsweise verwendet man jedoch MOS-FET-HaIbleiterbauelemente. Instead of using complementary MOS-FET semiconductor components the circuit according to the invention can also be used with other types of semiconductor components such as Insulating layer transistors, junction field effect transistors (with diffused PN junction) and can even be built with bipolar transistors. However, MOS-FET semiconductor components are preferably used.

Der erfindungsgemäße spannungsgesteuerte Oszillator kann über einen Frequenzbereich verwendet werden, der von einem Bruchteil von einem Hertz bis zu mehreren zehn Megahertz reicht. Die nutzbare obere Arbeitsfrequenzgrenze ist hauptsächlich durch schaltungseigene Streukapazitäten gegeben.The voltage controlled oscillator of the present invention can be used over a range of frequencies ranging from a fraction of a hertz to several tens of megahertz. The usable upper The operating frequency limit is mainly given by the circuit's own stray capacitances.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, wird durch die Erfindung ein verbesserter spannungsgesteuerter Oszillator mit hohem Eingangswiderstand und geringein Leistungsverbrauch geschaffen, dessen Arbeitsfrequenz sich in linearer Abhängigkeit von der Eingangsspannung von Null bis zur Maximalfrequenz ände;L Der spannungsgesteuerte Oszillator ist daher besonders für integrierte Schaltungen geeignet.As can be seen from the foregoing, the present invention provides an improved voltage controlled oscillator created with high input resistance and low power consumption, its working frequency changes linearly as a function of the input voltage from zero to the maximum frequency; L Der The voltage controlled oscillator is therefore particularly suitable for integrated circuits.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Spannungsgesteuerter Oszillator mit einer Brückenschaltung mit zwei Inversionsstufen, deren jede zwei in Reihe geschaltete komplementärsymmetrische Isolierschicht-Feldeffekttransistoren, die jeweils mit ihren Gateelektroden und mit ihren Drainelektroden zusammengeschaltet sind, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Sourceelcktroden (127,131...) jeder Inversionsstufe (121, 121') über eine Stromquelle, deren Strom sich in Abhängigkeit von einem Eingangssignal linear ändert, gekoppelt sind; daß zwischen die zusammengeschalteten Drainelektroden (126, 130) der ersten Inversionsstufe (121) und die zusammengeschalteten Drainelekiroden der zweiten Inversionsstufe (121') ein Kondensator (135) geschaltet ist; und daß eine bistabile Schaltung (140), die in den anderen Zustand kippt, wenn die Spannung am Kondensator (135) einen vorbestimmten Wert übersteigt, mit einem ersten Eingang (141) an die eine und mit einem zweiten Eingang (142) an die andere Seite des Kondensators (135), mit einem ersten Ausgang (143)1. Voltage controlled oscillator with a bridge circuit with two inversion stages, whose each two series-connected complementary symmetrical insulated gate field effect transistors, the are connected together with their gate electrodes and with their drain electrodes, characterized in that the source back electrodes (127, 131 ...) of each inversion stage (121, 121 ') via a current source, the current of which is linear as a function of an input signal changes, are coupled; that between the interconnected drain electrodes (126, 130) of the first Inversion stage (121) and the interconnected drain electrodes of the second inversion stage (121 ') a capacitor (135) is connected; and that a bistable circuit (140) which is in the other state flips when the voltage across the capacitor (135) exceeds a predetermined value, with a first input (141) on one side and with a second input (142) on the other side of the Capacitor (135), with a first output (143) an die zusammengeschalteten Gateelektroden (125, 129) der ersten Inversionsstufe (121) und mit einem zweiten Ausgang (144) an die zusammengeschalteten Gateelektroden der zweiten Umkehrstufe (12Γ) angeschlossen ist.to the interconnected gate electrodes (125, 129) of the first inversion stage (121) and with a second output (144) to the interconnected gate electrodes of the second inversion stage (12Γ) connected.

2. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- quelle einen fünften Isolierschicht-Feldeffekttransistor (115) enthält, der mit seiner Sourceelektrode (117) an einen Punkt von gegenüber einem Bezugspotential (Masse) im wesentlichen festem Potential (Vm), mit seiner Drainelektrode (118) an die eine Sourceelektrode (127 ...) jeder der beiden Inversionsstufen (121,121') und mit seiner Gateelektrode (114) an eine auf das Eingangssignal ansprechende stromveränderliche Schaltung angeschlossen ist, wobei die andere Sourceelektrode (131 ...) jeder der beiden Inversionsstufen (121,12l')am Bezugspotential (Masse) liegt.2. Voltage-controlled oscillator according to claim I, characterized in that the current source contains a fifth insulating-layer field effect transistor (115) which, with its source electrode (117), is at a point of essentially fixed potential (Vm) with respect to a reference potential (ground) , with its drain electrode (118) to one source electrode (127 ...) of each of the two inversion stages (121, 121 ') and with its gate electrode (114) to a current-variable circuit responsive to the input signal, the other source electrode (131. ..) each of the two inversion stages (121,12l ') is at the reference potential (ground).

3. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromveränderliche Schaltung einen sechsten Isolierschicht- Feldeffekttransistor (UO), der mit seiner Sourceelektrode (111) an das feste Potential (Vdd)vma mit seiner Gateelektrode (113) und seiner Drainelektrode (109) an die Gateelektrode (114) des fünften Transistors (115) angeschlossen ist, sowie einen siebten Isolierschicht-Feldeffekttransistor (103), der mit seiner Drainelektrode (107) an die Gateelektrode und die Drainelektrode des sechsten Transistors (110), mit seiner Sourceelektrode (104) über einen ersten Widerstand (105) an das Bezugspotential (Masse) und mit seiner Gateelektrode (102) an den Signaleingang (101) angeschlossen ist, enthält, wobei die Strom/Spannungscharakteristiken des fünften (115) und des sechsten (UO) Transistors im wesentlichen gleich sind.3. Voltage controlled oscillator according to claim 2, characterized in that the current-variable circuit has a sixth insulating layer field effect transistor (UO), which with its source electrode (111) to the fixed potential (Vdd) vma with its gate electrode (113) and its drain electrode (109 ) is connected to the gate electrode (114) of the fifth transistor (115), as well as a seventh insulating-layer field effect transistor (103), which has its drain electrode (107) on the gate electrode and the drain electrode of the sixth transistor (110), with its source electrode ( 104) is connected via a first resistor (105) to the reference potential (ground) and with its gate electrode (102) to the signal input (101), the current / voltage characteristics of the fifth (115) and the sixth (UO) transistor are essentially the same.

4. Spannungsgesteuerter Oszillator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stromveränderliche Schaltung außerdem einen zwischen die Drainelektrode (107) des siebten Transistors (103) und Bezugspotential (Masse) geschalte- ten zweiten Widerstand (108) enthält.4. Voltage controlled oscillator according to claim 2 or 3, characterized in that the The current-variable circuit also has a connected between the drain electrode (107) of the seventh transistor (103) and the reference potential (ground). th second resistor (108).

Die Erfindung betrifft einen spannungsgesteuerten Oszillator mit einer Brückenschaltung mit zwei Umkehrstufen, deren jede zwei in Reihe geschaltete komplementärsymmetrische Isolierschicht-Feldeffekttransistoren, die jeweils mit ihren Gateelektroden und mit ihren Drainelektroden zusammengeschaltet sind, enthält.The invention relates to a voltage controlled oscillator having a bridge circuit with two Inverse stages, each of which has two series-connected complementary symmetrical insulating layer field effect transistors, each with their gate electrodes and are connected together with their drain electrodes contains.

Tragbare Handgeräte für Nachrichtenzwecke, wie Taschenempfänger und andere kleine tragbare Geräte, sind allgemein bekannt Da diese Geräte im allgemeinen batteriegespeist sind, ist die verfügbare Leistung durch die kleinen Abmessungen der Batterie beschränkt Um den Gesamtaufwand an Bauelementen und damit die Größe und den Batteriestromverbrauch zu verringern, verwendet man für solche Geräte als Detektoren und Demodulatoren phasenstarre Schleifenschaltungen in integrierter Ausführung.Handheld portable devices for messaging, such as pocket receivers and other small portable devices, are well known Since these devices are generally battery-powered, the available power is through the small dimensions of the battery are limited to the total cost of components and thus the To reduce size and battery power consumption, one used for such devices as detectors and Demodulators phase-locked loop circuits in an integrated design.

Anordnungen mit phasenstarren Schleifenschaltungen benötigen einen spannungsgesteuerten Oszillator. Ein Nachteil vieler bekannter spannungsgesteuerter Oszillatoren besteht darin, daß sie aufgrund ihrer Verlustleistung oder ihres Leistungsverbrauchs in Fällen, wo die verfügbare Leistung oder Energie beschränkt ist, nicht verwendbar sind. Ein weiterer Nachteil ist der begrenzte Arbeitsfrequenzbereich und die mangelnde Linearität gegenüber einer Steuerspannung. Weiter liegt ein Nachteil bekannter spannungsgesteuerter Oszillatoren in ihrem verhältnismäßig niedrigen Eingangswiderstand, der die Konstruktion der Tiefpaßfilter kompliziert, die bei phasenstarren Schleifenschaltungen gewöhnlich an den Eingang angeschlossen sind.Arrangements with phase-locked loop circuits require a voltage-controlled oscillator. A disadvantage of many known voltage controlled oscillators is that, because of their Power dissipation or its power consumption in cases where the available power or energy is limited, are not usable. Another disadvantage is the limited working frequency range and the lack of linearity compared to a control voltage. Another disadvantage of known voltage-controlled oscillators is their relatively low input resistance, which makes the construction of the Complicated low-pass filters, which are usually connected to the input in phase-locked loop circuits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Behebung dieser Nachteile einen linearen spannungsgesteuerten Oszillator mit kleinen Abmessungen und geringem Leistungsverbrauch zu schaffen, der einen hohen Eingangswiderstand aufweist und dessen Arbeitsfrequenz mit Hilfe einer veränderlichen Stromquelle gesteuert wird.The invention is based on the object of overcoming these disadvantages, a linear voltage-controlled oscillator with small dimensions and To create low power consumption, which has a high input resistance and whose operating frequency is controlled with the help of a variable power source.

Ein spannungsgesteuerter Oszillator der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Sourceelektroden der Feldeffekttransistoren jeder Umkehrstufe über eine Stromquelle, deren Strom sich in Abhängigkeit von einem Eingangssignal linear ändert, gekoppelt sind; daß zwischen die zusammengeschalteten Drainelektroden der ersten Umkehrstufe und die zusammengeschalteten Drainelektroden der zweiten Umkehrstufe ein Kondensator geschaltet ist; und daß eine bistabile Schaltung, die in den anderen Zustand kippt, wenn die Spannung am Kondensator einen vorbestimmten Wert übersteigt, mit einem ersten Eingang an die eine und mit einem zweiten Eingang an die andere Seite des Kondensators, mit einem ersten Ausgang an die zusammengeschalteten Gateelektroden der ersten Umkehrstufe und mit einem zweiten Ausgang an die zusammengeschalteten Gateelektroden der zweiten Umkehrstufe angeschlossen ist.A voltage-controlled oscillator of the type mentioned at the outset is characterized according to the invention in that the source electrodes of the field effect transistors of each reversing stage have a current source, the current of which changes linearly as a function of an input signal, are coupled; that between the interconnected drain electrodes of the first inverter stage and the interconnected drain electrodes of the second inverter stage a capacitor is switched; and that a bistable circuit that flips into the other state when the voltage is on Capacitor exceeds a predetermined value, with a first input to one and with a second Input to the other side of the capacitor, with a first output to the interconnected Gate electrodes of the first reversing stage and is connected with a second output to the interconnected gate electrodes of the second reversing stage.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert.The invention is explained in detail below with reference to the drawing.

Es zeigtIt shows

F i g. 1 das Schaltschema eines spannungsgesteuerten Oszillators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,F i g. 1 shows the circuit diagram of a voltage-controlled oscillator according to an embodiment of the invention,

F i g. 2a bis 2d Verlaufsdiagramme von Spannungen, die im spannungsgesteuerten Oszillator nach F i g. 1 erzeugt werden,F i g. 2a to 2d curve diagrams of voltages which are generated in the voltage-controlled oscillator according to FIG. 1 be generated,

F i g. 3 und 4 Spannungs/Frequenzdiagramme für den spannungsgesteuerten Oszillator nach F i g. 1 undF i g. 3 and 4 voltage / frequency diagrams for the voltage-controlled oscillator according to FIG. 1 and